JPH0370159B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明は、空気調和装置、冷凍器、ボイラー等
の熱交換器としてのコンデンサに好適に使用され
る凝縮伝熱管に係り、特に管外面における伝熱特
性を効果的に高め得る凝縮伝熱管に関するもので
ある。 （背景技術） 一般に、このような伝熱管は、例えば、管内面
に流通せしめられる伝熱流体（冷却液）と管外面
に接触せしめられる伝熱流体（凝縮性ガス）との
間で、熱交換を行ない、凝縮性ガスを凝縮、液化
するために用いられている。この凝縮伝熱管にお
いては、管外面における熱伝達率、ひいては凝縮
効率を如何に高めるかが重要な課題とされてお
り、そのために管外周面に螺旋状のフインを形成
せしめたローフイン管が知られている。 而して、このようなローフイン管においては、
多数の外面フインの形成により、それが全く形成
されていない平滑管に比べれば広い接触面積が確
保され、管外面における熱伝達性能の改善はある
程度期待できるのであるが、だからと言つて、そ
れで充分に満足し得ると言えるものではなく、こ
の分野において日々高まる熱伝達率の向上の要求
を満足するためには、それより更に進んだ凝縮伝
熱管を開発することが強く求められているのが実
情である。 （発明の目的） ここにおいて、本発明は、上記のような事情に
基づいて為されたものであり、その目的とすると
ころは、管外面に管周方向の外面フインが所定ピ
ツチで一体的に形成され、それら外面フイン間が
管周方向に延びる溝部とされた伝熱管において、
その外面熱伝達率を効果的に高め得る凝縮伝熱管
を提供することにある。 （解決手段） そして、上記目的を達成すべく、本発明にあつ
ては、かかる外面フインにその長手方向に沿つて
山部と谷部とを交互に形成し、該谷部によつてそ
の外面フインを分断するとともに、その谷部をフ
イン長手方向に直角な方向に対して10〜60゜の範
囲で互いに平行に傾斜させた状態で設け、かつ前
記山部を、その頂部に近づくほど、またフイン長
手方向における一方の谷部側に近づくほど、その
山部を挟んで両側に位置する前記溝部のうちの一
方の側にフツク状に延びるように形成せしめて、
かかるフツク状部が隣接する外面フインの谷部に
向かつて延びるようにしたのである。 （作用・効果） このようにすれば、谷部が傾斜して形成される
ことにより、管外面における有効接触面積を増大
させ得ることは勿論、山部のフツク状に延び出す
部分も、その接触面積の増大に寄与し、それらの
ことが相俟つて、管外面における熱伝達率、特に
凝縮性能を効果的に向上させることに成功したの
である。なお、実際に得られる好結果からみて、
単に伝熱流体（例えば凝縮性ガス）に対する管外
面の接触面積を増大させ得ると言うことだけでは
なしに、山部のフツク状部分が、主に凝縮性能を
向上させる上で特別な役割を果たすものと推測さ
れ、それは、多数のフツク状部分の先端が凝縮を
促進する多数の点を形成することではないかと考
えられている。 また、単に山部と谷部とを形成した場合には、
山部が管外面から半径方向外向きに突出する鋭利
な突起形態を為すのであるが、本発明によれば、
山部のフツク状部分が一方の溝部の側に延びるよ
うに形成せしめられているため、かかる伝熱管を
載積する際に山部同士が食い込みにくく、またそ
の取扱い性が向上する利点をも得ることができる
のである。 （具体的構成・実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。 第１図は、本発明に係る凝縮伝熱管の一例を示
す一部切欠図であり、そこにおいて、１０は、
銅、銅合金、或いはアルミニウム若しくはアルミ
ニウム合金等の熱伝達率のよい金属からなる凝縮
伝熱管である。この伝熱管１０の管外周面には、
管周方向に螺旋状の外面フイン１２が所定ピツチ
で一体に形成されている。その結果、これら外面
フイン１２の間が、管周方向に螺旋状に延びる溝
部１４とされている。そして、この伝熱管１０の
管外面の一部が拡大されて、第２図ａ，ｂに示さ
れている。 第２図ａは、管外面を真上から見た平面拡大図
であり、第２図ｂは斜め上方から見た拡大図であ
る。これらの図から明らかなように、外面フイン
１２には、その長手方向に沿つて山部１６と谷部
１８とが交互に形成され、谷部１８によつて外面
フイン１２が分断された形態となつている。しか
も、谷部１８は、管軸方向に対して、厳密に言え
ば外面フイン１２の長手方向に直角な直線Ｏに対
して、角度θだけ互いに平行に傾斜させられた状
態で設けられており、この角度θは10〜60゜の範
囲内とされている。 また、各々の山部１６は、その頂部に向かつて
単に突出せしめられているのではなく、第２図ｂ
から明らかなように、その頂部に近づくに従つ
て、その山部１６を挟んで両側に位置する溝部１
４ａ，１４ｂのうち一方の溝部１４ｂの側にフツ
ク状に延びるように形成されており、そのように
延びる部分がフツク状部２０とされている。しか
も、このフツク状部２０は、第２図ａに示される
ように、フイン長手方向における両側の斜面１６
ａ，１６ｂのうち一方の谷部１８側の斜面１６ａ
に近づくほど、上記溝部１４ｂの側に延びるよう
にされており、かかるフツク状部２０の先端は先
鋭の形態となつている。言い換えれば、各々の山
部１６は、フイン長さ方向に直角な状態よりも角
度θだけ捻られた状態とされ、しかもその一方の
側にそれぞれフツク状部２０が形成されて、何れ
も同じ側に延びているのである。 また、隣合う外面フイン１２，１２において、
それぞれの山部１６同士と谷部１８同士とは、前
記直線Ｏに対して角度θをなす方向において略互
い違いに形成されており、溝部１４ｂの側に延び
出すフツク状部２０は、その溝部１４ｂを挟んで
隣合う外面フイン１２の谷部１８に向かつて延び
るようにされ、溝部１４ｂはジグザグ状になりな
がら、略一定の幅を保ちつつ、管周方向に延びて
いる。以上のことは、溝部１４ｂと１４ｃとの間
に位置する外面フイン１２についても、また、各
溝部１４ａ，１４ｃについても、共通に言えるこ
とである。 なお、第２図ａ及びｂは、θ＝30゜の場合であ
るが、第３図ａ及びｂにはθ＝20゜の場合が、ま
た第４図ａ及びｂにはθ＝45゜とした場合の態様
が、それぞれ示されている。それらの図から明ら
かなように、θが大きくなればなるほど、山部１
６のフツク状部２０は、より鋭利に且つ長く、一
方の側の溝部に延びる形態となるのである。 因みに、従来においては、第５図ａ及びｂに示
されるように、谷部１８がフイン長手方向に直角
な直線Ｏに対して平行、即ちθ＝0゜とされて、山
部１６がほぼ四角台錐形状となつており、また谷
部１８の底部部分が両側の溝部１４の側に均等に
押し出された形態となつているに過ぎない。 これに対して、第２図ａ，ｂ乃至第４図ａ，ｂ
に示される本発明に従う伝熱管においては、前述
のように、谷部１８が角度θだけ傾斜させられ、
且つ山部１６がその分捻られてフツク状部２０を
備えているため、管外面に接触せしめられる凝縮
性ガスに対する接触面積が大きく、そのため凝縮
効率が有利に高められるのである。また、単に接
触面積の増大だけでなく、フツク状部２０の存在
によつて多数の先鋭な点状部分が得られること
で、かかるフツク状部２０の存在が、山部１６の
斜面などに厚い液膜が生ずることを防止し、且つ
滴状凝縮を促進して、凝縮性能の向上に寄与する
ものと推定される。事実、第５図ａ，ｂに示され
る従来の伝熱管に比べて、約30％以上も凝縮伝熱
性能が向上することが確認されている。 また、従来の伝熱管の山部１６は、四角台錐形
状の鋭利な突起として存在していたが、本発明に
従う伝熱管の場合には、それが管外面から半径方
向外向きに鋭利に突出する状態とはならず、むし
ろフツク状部２０として、管軸に平行な方向に湾
曲せしめられた形状となつているため、当該伝熱
管を、例えば作業者が手袋をはめた手で取り扱う
ような場合に、その手袋の繊維が山部１６に付着
したりすることが従来に比べて格段に少なく、ま
た当該伝熱管を積層する時、山部同士が互いに食
い込み合うことが回避されるため、積層した状態
で、それらの伝熱管を管軸方向に整列することが
容易となる利点も生ずるのである。 なお、フイン長手方向に直角な直線Ｏに対する
谷部１８の傾斜角度θは、前述のように、10〜
60゜の範囲内に選ばれる。というのは、θを10゜よ
り小さくした場合には、第５図ａ，ｂに示される
従来の伝熱管に比べて、優位性、即ち伝熱効率や
取扱い性の向上がそれほど認められず、一方、θ
が60゜を超えるようになると、谷部１８の加工に
困難を来し、ただ不可能と言うわけではないが、
そのようにθを大きくしても、それに見合うだけ
の効果が得にくく、加工コストの増大を招くよう
になるからである。従つて、上記角度θは10〜
60゜の範囲内に選ぶ必要があるが、特に15〜45゜の
範囲が好適と言えるのである。 ところで、以上のような本発明に従う凝縮伝熱
管は、例えば、次のようにして容易に製造するこ
とができる。その製造方法の具体例を、第６図並
びに第７図などに基づいて説明する。 第６図において、２２は、複数枚のフイン形成
デイスクであり、漸次径が増大するものが、外面
フイン１２のピツチを与える間隔で、軸２４によ
つて同心的且つ一体的に連結せしめられており、
さらに最も大径のフイン形成デイスク２２に隣接
して、それと同心的に、切込溝形成デイスク２６
が軸２４に取り付けられている。この切込溝形成
デイスク２６は、円板形状のものであつて、その
外周部に所定ピツチで複数の切込歯２８を備えて
おり、その切込歯２８の歯先が描く円周の半径
は、フイン形成デイスク２２の最も大径のものよ
り一定量小さくされている。 しかも、それらの切込歯２８は、第７図ａから
明らかなように、切込溝形成デイスク２６の軸心
に対して、何れも角度θだけ傾斜させられてお
り、この傾斜角度θは10〜60゜の範囲内に選ばれ
ていて、第２図ａ等に示した谷部１８の傾斜角度
θに対応するものである。 そして、外面フイン形成デイスク２２及び切込
溝形成デイスク２６が取り付けられた軸２４が、
目的とする伝熱管を与える素管３０の中心線に対
して、形成されるべき外面フイン１２のリード角
に相当する角度をもつて位置せしめられ、また素
管３０の内側にはプラグ３１が挿入される。 かかる状態で、軸２４を介してフイン形成デイ
スク２２を回転させながら、素管３０の外周面に
対して押圧せしめることにより、素管３０を管軸
まわりに回転させつつ、漸次外面フイン１２を転
造形成する一方、フイン形成デイスク２２の白抜
矢印で示される外面フイン形成方向における下流
側に配置された切込溝形成デイスク２６によつ
て、上述のように形成された外面フイン１２に、
切込溝形成デイスク２６の切込歯２８を押圧せし
めることにより、かかる切込歯２８による押圧部
分が前記谷部１８となるように転造形成して、前
述のような谷部１８と山部１６とを交互に形成す
るのである。 そこで、切込溝形成デイスク２６の切込歯２８
が、その軸心に対して角度θ傾斜させられている
ため、第７図ｂに示されるように、切込溝形成デ
イスク２６が素管３０に対して回転しつつ押圧せ
しめられる時、その回転押圧作用により、外面フ
イン１２の切込歯２８により押圧される部分にお
いては、第８図に示されるように、切込溝形成デ
イスク２６の回転力Ｆに基づいて、切込歯２８の
傾斜方向に沿う加圧力Ｐが作用する。この加圧力
Ｐは、外面フイン１２の両側に位置する溝部１４
の一方の側に働くものであつて、その結果、谷部
１８となるべき部分に存在していた金属材料が、
切込歯２８に沿つて一方の溝部１４の側に移動さ
せられて、前述のような山部１２、ひいてはフツ
ク状部２０が形成されるのである。 因みに、第５図ａ，ｂに示されるような、従来
の伝熱管の製造に際しては、第９図ａ，ｂに示さ
れるように、平歯の切込溝形成デイスク３２、言
い換えればその軸心に対して平行な切込歯３４を
備えたデイスク３２が用いられるが、その場合に
は、第１０図に示されるように、かかる切込歯３
４で潰されることによつて外面フイン１２の先端
部の断面積が著しく減少し、その減少した分が両
側の溝部１４の側に押し出されるような状態とな
つて、その部分Ｇが、外面フイン間の溝部１４に
おける凝縮液の流れを妨げ易くなる。 これに対して、前述のように、角度θだけ傾斜
した切込歯２８を備えた切込溝形成デイスク２６
を用いるようにすれば、その角度θが20゜程度の
場合には、第１１図に示されるように、外面フイ
ン１２の押圧される部分が殆ど潰されることがな
く、外面フイン１２が、先端部での断面積の減少
を殆ど招かない状態で分断されると共に、一方の
溝部１４の側にフツク状に延びる状態となるので
ある。 なお、切込歯２８の傾斜角度θを30〜45゜の範
囲に選べば、第１２図に示されるように、一層鋭
利に切り込まれると共に、フツク状に延びる程度
が大きくなるのであるが、その角度θが60゜を超
えるようになると、切込歯２８が欠け易くなる等
の耐久性問題や、切込歯２８を形成する加工コス
トの増大を招くようになる。切込歯２８の傾斜角
度θを60゜以下とする主な理由はその点にある。 何れにしても、上記のような傾斜した切込歯２
８で前記加圧力Ｐを働らかせるようにすれば、第
２図ａ，ｂ等に示すような山部１６と谷部１８と
を備えた伝熱管を容易に製造することができ、切
込歯２８の加工コストは傾斜していない従来のも
のより若干増加するが、特別の加工装置を必要と
するわけではないので、実質的にコスト増は軽微
である。 次に、そのようにして得られた伝熱管が具体的
にどれだけ凝縮性能を向上させ得るかについて、
本発明者らが行なつた試験のデータを、以下に示
す。 なお、この試験は、管外面に接触せしめられる
凝縮性ガス（フロンＲ−22）について、次の通り
の試験条件の下に行なわれたものであり、その結
果が第１表に示されているが、比較のために、谷
部の傾斜角度θが0゜である従来の伝熱管について
のデータも並記した。 〔試験条件〕 外 径：19.05mm（素管の外径） フイン数：19山／インチ 切込歯：１mmピツチ×0.7mm深さ 内 径：14.80mm 凝縮温度：40℃ 冷却水入口温度：30℃ 冷却水流速：1.5〜3.0ｍ／秒

【表】 ＊ 外径基準
かかる第１表に示される結果から明らかなよう
に、谷部（切込歯）の傾斜角度θが20゜、30゜並び
に45゜とされた本発明に従う伝熱管にあつては、
管外面凝縮熱伝達係数：h₀が、傾斜角度が0゜であ
る従来の伝熱管に比べて、約30％から50％近く高
くなつており、このことは、とりも直さず、管外
面における凝縮性能がそれだけ高められることを
意味しているのである。 以上、本発明の具体的な実施例並びに試験デー
タに基づいて説明してきたが、本発明が、かかる
具体的な記載によつて限定的に解釈されるもので
ないことは、言うまでもないところである。 例えば、隣合う外面フイン管の溝部の底部部分
に凹所（デインプル）を形成し、その凹所に対応
する管内面に内面突起をスパイラル状に配列せし
めることもできる。そして、このように管外面の
溝部に凹所に形成すると共に、管内面に内面突起
を形成すれば、管外面における接触面積が一層増
大して、凝縮効率を更に高めることができ、また
管内面を流通せしめられる伝熱流体（冷却水）の
流れに対して乱流作用を与えて、熱伝達率を阻害
する境膜の形成を抑制することができる。 そして、このような伝熱管を製造するには、例
えば、外面フイン形成デイスクの下流側に、前記
切込歯形成デイスクよりは上流側に位置して、鋸
歯状デイスクを配置し、形成された外面フイン間
の溝部の底部に、かかる鋸歯状デイスクの鋸歯を
押圧せしめることにより、その鋸歯による押圧部
分を凹所として管内面に突出させるようにする一
方、そのような凹所を溝部に形成した後、前述の
ような切込歯形成デイスクにより、山部と谷部と
を形成すればよいのである。 その他にも、本発明の趣旨を逸脱することな
く、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良な
どを施した態様で、本発明を実施し得ることは、
改めて言うまでもないところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る凝縮伝熱管の一実施例の
一部を切り欠いて示す図である。但し、煩雑さを
避けるために、山部及び谷部は省略されている。
第２図ａ及びｂは、その伝熱管の管外面を、それ
ぞれ別の角度から撮影した拡大写真を図化（スケ
ツチ）した図であつて、傾斜角度θが30゜である
場合を示す。第３図ａ及びｂ並びに第４図ａ及び
ｂは、傾斜角度θが20゜である場合と45゜である場
合とをそれぞれ示す、第２図ａ及びｂに対応する
図である。第５図ａ及びｂは、傾斜角度θが0゜で
ある従来の伝熱管の一部を示す、第２図ａ及びｂ
にそれぞれ対応する図である。第６図は本発明に
係る伝熱管を製造するための方法の具体例を簡略
に示す工程図であり、第７図ａ及びｂは、かかる
方法によつて山部と谷部とが形成される状態をそ
れぞれ別な角度から模式的に示す説明図である。
第８図は傾斜した切込歯により加圧力が働く状態
を説明するための説明図である。第９図ａ及びｂ
は、第５図ａ及びｂに示される従来の伝熱管を製
造する方法をそれぞれ別な角度から簡略に示す図
であつて、第７図ａ，ｂに対応するものである。
第１０図は、第９図ａ及びｂに示される方法に従
つて形成される山部及び谷部の形状を簡略に説明
する図であり、また第１１図及び第１２図は、第
６図などに示される本発明に係る伝熱管を製造す
る方法を用いた場合に、切込歯の傾斜角度θの大
小に応じて形成される山部及び谷部の形状をそれ
ぞれ簡略に示す図である。 １０：凝縮伝熱管、１２：外面フイン、１４：
溝部、１６：山部、１８：谷部、２０：フツク状
部、２２：外面フイン形成デイスク、２６：切込
溝形成デイスク、２８：切込歯、３０：素管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管外面に管周方向の外面フインを所定ピツチ
   で一体的に形成する一方、該外面フイン間が管周
   方向に延びる溝部とされた伝熱管において、 該外面フインにその長手方向に沿つて山部と谷
   部とを交互に形成し、該谷部によつてその外面フ
   インを分断するとともに、該谷部をフイン長手方
   向に直角な方向に対して10〜60゜の範囲で互いに
   平行に傾斜させた状態で設け、かつ前記山部を、
   その頂部に近づくほど、またフイン長手方向にお
   ける一方の谷部側に近づくほど、該山部を挟んで
   両側に位置する前記溝部のうちの一方の側にフツ
   ク状に延びるように形成せしめて、かかるフツク
   状部が隣接する外面フインの谷部に向かつて延び
   るようにしたことを特徴とする凝縮伝熱管。